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News: Rasende Partnerschaft

Es ist schon seltsam genug, dass aufgrund quantenmechanischer Eigenarten zwei Teilchen über weite Entfernung miteinander in Kontakt bleiben können. Dass sich diese Beziehung aber unter Umständen besonders gut aufrechterhalten lässt, wenn sich die beiden Partner sehr schnell bewegen, macht das Ganze noch ungewöhnlicher.
Die Quantenmechanik ist für so manchen bizarren Effekt gut, der nur allzu häufig unserem alltagserprobten Vorstellungsvermögen gründlich widerspricht. Zu diesem Kuriositätenkabinett gehört auch die Verschränktheit. Dabei handelt es sich um eine ganz besonders innige Partnerschaft von Elementarteilchen, die über beliebig weite Entfernung noch funktioniert. Denn ein Teil oder alle Eigenschaften des Paares sind derart miteinander verknüpft, dass eine Messung an einem Teilchen gleich auch den Zustand des anderen offenbart – selbst, wenn sich dieses am entgegengesetzten Ende des Universums befindet.

Derartige Verschränkungen treten auch zwischen zwei verschiedenen Eigenschaften eines einzigen Teilchens auf: beispielsweise zwischen dem Impuls und seinem Spin – letzteres ist anschaulich so etwas wie seine Eigendrehung. Beide Eigenschaften lassen sich in diesem Fall nicht losgelöst voneinander betrachten, sie werden vielmehr durch eine gemeinsame Funktion beschrieben und sind so voneinander abhängig. Prinzipiell lässt sich jede beliebige quantenmechanische Größe eines Teilchens mit einer anderen eines weiteren Teilchens verknüpfen, und sogar die Stärke dieser Verknüpfung kann variieren. Aber ein verschränktes System herzustellen, ist in der Regel alles andere als leicht.

Aber vielleicht gibt es doch auch einen einfachen Weg. Denn wenngleich große Entfernungen der Partnerschaft nichts anhaben können, so scheint doch die Bewegung im Raum die Beziehung zu verändern. Das zumindest fanden nun Robert Gingrich und Christoph Adami vom California Institute of Technology in Pasadena heraus. Anhand ihrer theoretischen Überlegungen bemerkten die Wissenschaftler, dass für einen bewegten Beobachter zwei Teilchen plötzlichen verschränkt zu sein scheinen, obwohl sie es zuvor im ruhenden System nicht waren. "Verschränktheit einfach durch die Bewegung des zu messenden Objekt zu erzeugen, ist fast wie etwas aus dem Nichts zu erschaffen", erzählt Gingrich.

Ganz so verhält es sich jedoch nicht. Vielmehr ist das Paar im Ruhezustand über einige Größen verknüpft, die gerade nicht gemessen werden. So könnte beispielsweise der Spin des einen Teilchens mit dem Impuls des anderen verschränkt sein. Schon für ein einzelnes Teilchen konnten Forscher zeigen, dass sich eine solche Verschränkung in einem bewegten System ändert. Und auch bei zwei Teilchen, das wiesen jetzt Gingrich und Adami nach, sorgt die schnelle Bewegung eines Beobachters dafür, dass etwa eine Verknüpfung von Spin und Impuls zugunsten der Verschränkung beider Spins nachlässt. Betrachtet man lediglich den Spin der Teilchen, so sähe es tatsächlich so aus, als würde Verschränkung aus dem Nichts entstehen – die gesamte Verschränkung des Systems der beiden Teilchen hätte sich jedoch nicht verändert.

Hat diese Erkenntnis einen praktischen Nutzen? Vielleicht, so meint Gingrich, denn dieser Effekt könnte gerade für die Verschränkung zwischen Teilchen sorgen, die für Teleportationsexperimente, zur Synchronisation hoch genauer Uhren oder gar für Quantencomputer von Nöten wären.

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